师:科学探究牛顿第一定律第二课时,惯性无处不在。请看视频。全世界超过300米的超高层一共有100座,中国就拥有51座。现在我抬头仰望的,就是中国第一高、世界第二高,632米的上海中心大厦。真正的阻尼器由四组钢缆、质量块、阻尼装置和保护装置组成,约20米高,1000吨,是质量最大的摆式阻尼系统。如此重的阻尼器,在大楼里有什么作用呢?有了这个阻尼器,当风使楼体摆动时,阻尼器会产生与大楼运动方向相反的摆动,来抵消建筑物的晃动。
接下来,请猜想团成员,包括两位对战选手接收题目并发送猜想。请问阻尼器位于超高层建筑的什么位置,才能有效地起到稳定楼体的作用?A. 大楼底部;B. 大楼中间;C. 大楼顶部。好的,你的选择是什么呢?要知道答案,我们先了解惯性这个概念。什么是惯性?它怎样表现出来呢?牛顿第一定律告诉我们,一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持静止状态或匀速直线运动状态。如果物体受力,它的运动状态会怎样呢?
这有一枚鸡蛋,和小车一起静止在地面上,如果小车受力,突然向前运动,鸡蛋的运动状态会怎样?是改变原来的静止状态,还是保持原来的静止状态?让事实说话。鸡蛋和小车一起静止在桌面上,可见鸡蛋有什么样的性质。
生:我的选择是B,保持原来的静止状态。
师:了解了静止的物体,我们再来看运动的物体。同样还是这枚鸡蛋和小车一起运动,车受到阻力,突然停止,那么鸡蛋会怎样呢?鸡蛋将改变原来的运动状态,立刻停止?仍然停留在小车上?还是保持原来的运动状态,继续向前运动呢?请看实验。可见,运动的鸡蛋仍然会保持原来向前的运动状态,继续运动。
由此可知,不管是静止的物体还是运动的物体,都有保持原来运动状态的性质,我们把这种性质称为惯性。我注意到课本上关于惯性的概念还有两个词。我想我们一定要补充实验来证明任何物体都有惯性,比如液体和气体也有这样的性质吗?我们来看这样的实验,请大家注意观察思考。我们发现小车内的液体向前洒出,这是由于液体和车一起向前运动,遇到障碍物时,车停了下来。运动的液体有保持向前运动状态的性质,因此液体有惯性。气体是否也有惯性?请看实验。
这是一个普通的饮料瓶,用剪刀把它的上半部分剪下来,在它的底部蒙上一层橡皮,用橡皮筋固定好。然后点几支香,使瓶中产生烟雾,这样可以通过烟雾的运动情况反映瓶中气体的运动情况。我们让瓶口靠近蜡烛,挤压橡皮膜,我们可以看到烟雾向前运动,反映出运动的气体有保持匀速运动状态的性质。反复几次可以把蜡烛扑灭,说明气体也有惯性。
综上所述,无论物体处于什么状态,无论是运动还是静止,也不管它受力还是不受力,都有惯性。惯性是一切物体所固有的属性,这就是惯性的特点。其中“固有的”意思是本来就有的,可以理解为与生俱来;“属性”的意思是跟外界环境改变没有关系。既然任何物体都有惯性,那么惯性有大小之分吗?这里有两枚鸡蛋,分别是1号和2号,同学们想怎样比较它们惯性的大小呢?
根据惯性的概念,我们知道惯性大意味着它保持原来状态的能力更强。换句话来说,惯性大的物体改变它原有的状态比较困难。现在有两个鸡蛋,1号鸡蛋和2号鸡蛋,它们体积差不多,哪一个惯性大呢?我们用实验来证明。我这有吹风机,用同样的风在相同的位置对鸡蛋吹风,也就是施加一个力,鸡蛋会有什么样的表现?
生:1号鸡蛋被吹走了,2号鸡蛋纹丝不动。由此证明1号鸡蛋惯性小,2号鸡蛋惯性大,因为2号鸡蛋保持原来静止状态的能力更强。
师:为什么会出现这种情况呢?我们来看1号鸡蛋,原来1号鸡蛋上面有一个孔,里面的液体已经被抽出来了,它是一个只有鸡蛋壳的空鸡蛋。由此我们可以知道,惯性的大小应该跟物体的质量有关。又因为惯性是物体的属性,跟外界的环境没有关系。所以我们可以说惯性大小只与物体的质量有关。这一点也经过了大量事实证明,在接下来的课程中,同学们也能找到对应的示例,请大家留意。
下面大家再看一个小实验,这有一杯水,一个硬纸片,我把鸡蛋放在最上面,如果把下面的硬纸片弹走,会有什么样的现象发生呢?你能解释这种现象吗?关于现象的解释,老师有方法指导一下大家。一般来说我们把它称为三步法:第一,要明确研究对象原来的运动状态;第二,要分析受力情况;第三,解释得出结论。鸡蛋原来处于静止状态,硬纸片受到了弹力的作用,从静止状态被弹走。在这个快速弹走的过程中,鸡蛋受到的摩擦力,它的作用效果可以忽略不计,因此在水平方向上保持静止。同时由于鸡蛋受到重力的作用,所以会掉下来落入杯中,溅起水花,完成“跳水”。这个实验大家在课下也可以完成,一定要试一下哦。
任何物体都有惯性,无处不在,你一定和它有过亲密接触。比如体育课上掷实心球,就是由于实心球有惯性,会继续向前运动。甚至于有的小动物也不自觉地利用到了惯性。比如下一个画面,我们试着用三步法来解释一下。当狗抖动身体时,毛和水一起运动起来。抖动停止时,毛受力停了下来,水珠由于惯性继续运动,所以被甩了出去。
